全膝置换术中假体轴向对线的研究进展

全膝置换术中假体轴向对线的研究进展

tka中，体后关节线是影响全膝置换术后疗效的主要因素。因此假体的轴向对线(冠状面上,下肢力线的恢复)问题,一直是矫形外科医生多年研究的重点。而假体的旋转对线(水平面上,股骨与胫骨假体的对线)则相对成为人们研究的薄弱环节。随着接受TKA的患者日益增多,随访时间的不断延长,人们逐渐认识到假体的旋转对线,对TKA的成败也有着重要的影响。股骨假体的恰当安置决定了正确的髌骨轨迹和屈膝间隙的稳定性。股骨远端旋转对线异常,会改变股胫关节和髌股关节接触面的适配,引起一系列髌骨并发症。如髌骨假体偏心性磨损,髌骨倾斜、移位,髌前疼痛,髌腱断裂,髌骨骨折,髌骨缺血性坏死和屈膝时内外翻不稳定等,增加TKA的失败率。1确定股骨远端旋转对线的方法目前,确定股骨远端旋转对线的方法至少有5种,分别为:(1)上髁轴线(thetransepicondylaraxis,TEA);(2)Whiteside’s前后轴线(anteriorposteriorline,APL);(3)以股骨后髁轴线(posteriorcondylarline,PCL)为基准,外旋3°确定轴线;(4)股骨后髁轴线(posteriorcondylarline,PCL);(5)胫骨上端垂直于机械轴截骨,通过调节韧带平衡,平行于胫骨截骨线确定股骨远端的旋转截骨轴线(flexiongaptensionline,TL)。Elias、Arima和Anouchi等,通过生物力学研究已证实STEA平行于膝关节真正的旋转轴线。采用STEA做为股骨远端旋转对线的标志最符合生物力学要求,但由于术中对该轴线的精确定位尚存在一定困难,所以又有人设计了一些其他确定股骨远端旋转对线的方法。1992年,Whiteside等首先提出采用APL做为股骨远端的旋转对线标志,并通过实验和临床研究进行单间室(内侧)膝关节置换确定其有效性。1995年,Whiteside和Arima分别通过临床和解剖研究,证实了在对膝外翻患者进行TKA时,采用APL做为股骨远端的旋转对线标志的优越性。Hungerford等提出了应用第3种方法,确定股骨远端旋转对线。其理论基础是,由于正常胫骨平台有3°内倾角,而多数膝关节置换要求,术后胫骨平台假体与胫骨纵轴垂直,因此如果将股骨髁假体安置在外旋3°的位置,可保证术后屈膝位膝关节内外侧间隙的对称和内外侧韧带的平衡。此外,将股骨假体轻度外旋还可以优化髌骨轨迹,减少术后髌骨并发症。Hungerford等采用第4种方法确定股骨远端旋转对线。由于他们将股骨置于旋转中立位,恢复股骨髁的解剖学位置,故曾经被许多矫形外科医生所采用。当胫骨近端平行于关节面进行截骨时,可采用这种方法确定股骨远端的旋转对线。但是对于严重的骨性关节炎和类风湿关节炎的患者,股骨后髁平面常常被破坏,故此法不能被做为旋转对线定位精确地标志。若采用该轴线做为参照标志会导致股骨假体异常内旋,增加术后髌股关节并发症出现的概率。Insall提出了第5种方法:在屈膝90°时,先垂直于机械轴对胫骨截骨,然后在内外侧韧带张力平衡的条件下,通过平行于胫骨截骨面做股骨的前、后截骨。Watanabe等证实了这种定位方法与采用STEA做为旋转对线标志的一致性。这种方法与前4种方法有着本质的区别,前4种方法是依赖于骨性标志确定股骨的旋转对线,而后者是通过屈膝位侧副韧带的紧张度进行调整。2旋转轴线与股骨的运动在解剖学上膝关节被列为屈戌关节。但生物力学研究表明,在正常的步态周期中,膝关节的运动并不是一个单纯的铰链运动,而是由一系列复杂的多轴心三维运动组成。膝关节屈伸运动的横轴贯穿于股骨内外髁,在膝关节上方偏后,但具体位置不恒定,同时其本身可有一定距离的移动。在股骨髁上,有许多曲率半径的中心点,实际上是不同屈曲角度时横轴的位置,导致膝关节屈伸时,通过后交叉韧带的作用股骨髁横轴相对于胫骨冠状轴的移动(rollback)。曲率中心移动的轨迹,是横轴移动的距离和方向,在不同的屈伸角度描出的瞬时旋转中心可连成一个“J”型曲线。“瞬时旋转中心”理论仅适用于膝关节在矢状面上的运动。但膝关节的运动不仅仅限于屈伸运动,尤其是当其在屈伸过程中会引起胫骨内外旋20°的改变。因此,建立在“瞬时旋转中心”理论基础上的结论会引起一系列的错误。诸多“螺旋轴”理论研究表明:膝关节在屈伸过程中伴随着内收、外展和内外旋运动。瞬时旋转轴线不断地向前后侧移位,并不存在一个旋转固定轴。然而,螺旋轴理论比较复杂,它不适于对膝关节的运动进行更深一步的研究。基于这个原因,许多学者建立了一系列运动模型将膝关节运动简单量化。Elias等通过对16例膝关节矢状位动态观察和影像学研究证明,股骨远端关节面可以被分为三个圆弧型平面:(1)髌骨沟平面(膝弯曲10°~100°与髌骨相关节);(2)后髁平面(膝弯曲10°~150°与胫骨相关节);(3)远髁平面(膝弯曲0°~10°与胫骨相关节)。后髁平面的外侧圆心与外侧副韧带和后交叉韧带的附着点重叠,内侧圆心与内侧副韧带和前交叉韧带的附着点重叠。这表明膝关节在进行屈伸运动时,围绕通过后髁平面圆心的轴线(STEA)进行运动。Hollister等通过对膝关节的动态学研究提出一种假设:膝关节的运动可简化为围绕两个固定轴进行运动。即:屈伸轴固定于股骨,通过股骨后髁与STEA一致。旋转轴固定于胫骨,与胫骨的机械轴相平行。对两条轴线的恰当定位十分重要,它既不垂直也不平行于传统意义上的解剖轴线。如果该假说成立:那么胫骨在膝关节屈伸运动时的内外旋运动,可以被解释为围绕胫骨旋转轴所致,同时表明上述两条轴线即为膝关节运动的真正轴线。该结果是建立在膝关节非负重条件下被动运动的基础之上,因此不一定与膝关节在负重条件下的正常运动相符合。Churchill等在Hollister研究的基础上,通过保留软组织对膝关节进行动态学研究,模拟膝关节在载负(下蹲)的情况下发现:理想的屈伸轴通过股骨后髁中心,与STEA的位置没有统计学的差异,旋转轴线通过胫骨内侧平台,与胫骨机械轴相平行。Anouchi等以PCL为基准,将股骨假体分别安置于外旋5°、0°和内旋5°,比较三种状况下膝关节的稳定性、髌骨轨迹和髌股关节的接触点。认为将股骨假体安置于外旋5°时,膝关节的稳定性、髌骨轨迹和髌骨关节的接触点更接近于正常膝。建议在进行TKA时,若对胫骨采用垂直于机械轴的截骨,应将股骨假体置于外旋位,可以将髌骨沟外移,优化髌骨轨迹,减少对髌骨外侧支持带的松解,降低术后髌股关节并发症。3股骨远端旋转力线的确立为了更好地对股骨远端旋转对线进行解剖学描述,作者首先简化对几个常用的解剖学参数称谓:(1)外科上髁轴线(surgicaltransepicondylaraxis,ST-EA):股骨外上髁和内上髁凹的连线;(2)临床上髁轴线(clinicaltransepicondylaraxis,CTEA):股骨外上髁和内上髁(最突点)的连线;(3)后髁轴线(PCL):股骨内外后髁的连线;(4)Whiteside’s前后轴线(APL):髌骨滑槽最低点和股骨髁间窝最低点的连线;(5)后髁角(posteriorcondylarangle):1与3的夹角;(6)髁扭转角(condylartwistangle):2与3的夹角。PCL是TKA中股骨远端旋转对线常用的参照标志,但当后髁出现破坏或行全膝关节翻修手术时,需要采用新的参照轴线。生物力学研究提示可选用STEA做为新的参照轴,许多解剖学研究也证实采用该轴线的可能性。Yoshioki等首先对上述解剖学参数给予命名和描述。罗吉伟等对75具股骨标本进行解剖标志点定位后进行了后髁角的测量,证实了STEA的有效性及可靠性。当出现膝外翻畸形时,股骨远端的结构受到了严重地破坏,外髁远端的前、后侧都异常变小,如果仍采用PCL做为旋转对线的标志,将会导致股骨假体异常内旋,增加手术的失败率。若采用STEA,由于内上髁区域定位点的不确定性和因为术中髌骨、侧副韧带和脂肪组织的覆盖,更进一步地增加了精确定位的困难性。故近年来,有学者认为,与其他轴线相比,前后轴线受病变影响小,定位更可靠且更容易。但Middleton等认为前后轴线在大多数情况下垂直于股骨后髁线,但是有80°~102°的变化范围和4.7°的标准差,不能单独作为股骨假体旋转力线定位的参考轴。故作者认为,骨科医生不能机械地采用一种固定不变的股骨远端旋转对线技术,而应该根据具体情况选择最恰当的旋转对线方法。当出现侧副韧带损伤和进行膝关节翻修手术,股骨远端前后侧骨质明显破坏时,STEA仍是唯一可以选择的参照轴线。4维扫描及旋转力线近年来随着计算机数字化技术的快速活跃发展,计算机数字化技术已广泛的应用于医学领域的各个角落,将二维影像三维重建已成为可能,由于膝关节解剖的复杂性及运动的特殊性,二维空间图像对疾病的认知度已远远不足,数字化三维重建技术是将断层扫描的二维图像按人体组织原本的空间位置结构重建为立体的、可见的、任意旋转的三维图像,呈现人体组织的三维影像。Biasca研究报道在人工全膝关节置换术中计算机辅助导航系统能准确保留冠状、矢状和旋转对齐方式。国内也有学者进行了计算机辅助导航下全膝关节置换术的研究,研究表明,采用计算机辅助导航进行膝关节置换可有效的减少因股骨力线异常而导致的相关并发症,手术效果明显优于常规手术组。但部分学者持不同的意见,认为依赖于股骨髁导航系统并不能获得可信的旋转力线。因此,单纯依靠数字化理论进行股骨远端旋转对线的研究仍不成熟。国外学者开始采用多种技术联合应用确定股骨远端旋转离线标志。Siston等研究认为术中采用多种技术联合确定股骨远端旋转力线的准确率和精确性更高。Cinotti等通过研究发现,术中采用STEA作为旋转对线标志的同时联合计算机辅助导航可以显著减少髌骨轨迹不良等并发症。5术后股关节并发症的治疗股骨远端旋转对线在TKA中的重要性已经逐渐被人们所认识,但是目前尚无一种明确的确定方法。STEA是公认的理想旋转对线标志,如果在术中不能明确确定该条轴线时,可以采用APL或CTEA内旋3°确定股骨远端的旋转对线。当出现膝外翻、股骨外髁的后方磨损严重时,应该选用APL做为旋转对线的标志。由于通常是后髁破坏严重,若采用平行于股骨后髁轴线进行股骨远端截骨,术后髌股关节并发症必然增加,且不能恢复正常的屈膝间隙,目前已被许多学者放弃。以后髁轴线为基准外旋3°对股骨远端进行截骨比较机械,且后髁定位不精确,学者们认为也应该抛弃,但由于目前诸多配套器械多采用这种方法,因此其还会被许多骨科医生所采用,但这势必会增加术后髌股关节并发症的概率。通过调节屈膝间隙韧带的平衡性进行股骨远端截骨